偏高水分优质稻在储藏期间蛋白质二级结构与质构特性变化关系研究

毕文雅 张来林 石天玉

(国家粮食和物资储备局科学研究院1，北京 100037)(河南工业大学2，郑州 450052)

随着人民生活水平的挑高，口感好、品质佳的优质稻米深得消费者的喜爱，市场对优质稻的需求量也显著增加。但因优质稻较普通早籼稻在脂肪酸含量、淀粉含量、蛋白结构等理化指标方面更易受外界环境影响，造成食品品质和口感下降，所以在储藏和加工过程中需严格控制其温度、含水量等条件，才可维持优质稻米的较好品质。

本研究以新收获稻谷“甬优15”为原料，“甬优15”在2008—2013年参加福建省中优稻区试验以及农作物品种审定委员会审定，其增产水平极显著且适宜在福建省稻瘟病轻发区种植[9-10]，属于籼型三系杂交水稻，是闽北地区主栽优质稻品种，具有较好的食味品质。实验选取13.8%的“甬优15”偏高水分优质稻，设定在不同温度下进行270 d的储藏，测定储藏过程中蛋白质二级结构中α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲的含量变化，并将这些指标与脂肪酸值、米饭质构特性进行相关性分析，研究蛋白质二级结构对偏高水分优质稻储藏期间品质指标的影响，以期为稻谷储藏保鲜提供一定的参考。

1 材料与仪器

1.1 材料及储藏方法

实验原粮：“甬优15”优质稻，产自福建南平。

储藏方法：将水分为13.8%的“甬优15”优质稻(优质稻安全水分13.5%)装到铝箔袋中，用热合机封口，放入15、20、25 ℃的恒温箱中模拟储藏270 d(优质稻作为短期轮换品种，成功度夏即可满足加工销售条件)，每45 d对脂肪酸值、质构特性进行检测，每90 d对蛋白质二级结构进行检测。

1.2 主要试剂和仪器

无水乙醇(AR)、95%乙醇(AR)、氢氧化钾(AR)、基准邻苯二甲酸氢钾(PT)。

HWS型智能恒温恒湿箱，JXFM110锤式旋风磨，HY-4多用调速振荡器，SY88-TH砻谷机，JWXL物性测试仪，压片机，WAF-561傅里叶红外转换光谱，E1010离子溅射仪。

1.3 试验方法及数据处理

脂肪酸值测定：参照GB/T 20569—2006[11]。

米饭质构特性测定方法：样品制备参照GB/T 15682—2008[12]；参数设定：采用P36柱型TPA探头，测前速度10.0 mm/s，测试速度0.5 mm/s，测后速度5.0 mm/s，压缩比为70%。每次测定时，在米饭样品中间层不同部位随机取3粒米，头碰头120°角的方式放置在载物台上，每个样品测定6次，其中去掉硬度最大和最小的两个测定结果，取4次测定结果，计算平均值和偏差[13]。

蛋白质二级结构测定：将样品磨成90%以上过120目筛的粉，充分干燥后，称取溴化钾，与样品重量为1∶300的比例混合，研磨至无反光点，用压片机压制成薄片，利用红外光谱仪中做400～4 000 cm-1扫描，扫面次数为24次。利用PeakFit 4.12软件对酰胺I带1 700～1 600 cm-1波段图谱进行处理，基线校正、去卷积和二阶导数拟合，确定子峰的个数和位置及与二级结构的关系，利用峰面积计算各二级结构组成的比例[14]。

数据处理：利用SPSS、Origin等软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 脂肪酸值的变化

新鲜稻谷中游离脂肪酸的含量很少，但在储藏条件(如温度、湿度、霉菌等)的影响下，脂肪的水解比蛋白质和碳水化合物都要快，并且在变质初期，脂肪酸值显著增高，从而引起稻谷品质的下降，因此，脂肪酸值是判断稻谷宜存、不宜存、陈化和劣变的灵敏指标，可以较好地衡量、检验、监控稻谷储藏品质的变化[15-18]。在稻谷储存品质判定规则[11]中也明确规定，籼稻谷的脂肪酸值≤30.0 mgKOH/100 g时，为宜存；当脂肪酸值≤37.0 mgKOH/100 g时，为轻度不宜存；当脂肪酸值>37.0 mgKOH/100 g时，为重度不宜存。

新鲜的“甬优15”优质稻的在储藏初期脂肪酸值较低，随着储藏温度不同、储藏时间延长，脂肪酸值在变化。由图1，在15、20、25 ℃下储藏270 d，脂肪酸值由初始的10.1 mgKOH/100 g上升到18.0、20.4、27.7 mgKOH/100 g，分别上升了7.9、10.3、17.6 mgKOH/100 g，可见，脂肪酸值随着储藏时间的延长而上升，且储藏温度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃条件下储藏270 d后，脂肪酸值仍≤20.0 mgKOH/100 g，为宜存状态；在25 ℃条件下，脂肪酸值在储藏270 d时已经达到27.7 mgKOH/100 g，继续储藏将超出宜存范围。

图1 不同储藏温度下脂肪酸值的变化

2.2 质构特性的变化

稻谷的食用品质检测测定不能单纯依靠品尝评分值等依赖感观的方式，要应用各类仪器及理化指标进行科学评价，分析各类理化性质结果与稻谷品质的相关性，可有效补充感官测定之外稻谷重要质量指标[19,20]。质构特性中的黏度、弹性与食用品质有一定的相关性，因而质构也可以较好的反映稻谷的食味品质[21]。本实验选取硬度、弹性指标进行分析。Tulyathan等[22]认为，硬度的增加是由于大米脂中游离脂肪酸包藏在淀粉的螺旋结构中，直链淀粉与脂类形成复合物使糊化所需要的水难以通过，淀粉粒的强度增加，米饭变得较硬。还有研究表明[23]，随着储藏时间的延长，米饭淀粉逐渐老化，与蛋白质结合紧密，导致米饭硬度增加，而在储藏后期，劣变程度加剧，稻谷不能再保持其籽粒的完整性，大米蒸煮后米饭膨胀，吸水率增加，导致米饭松散硬度降低。米饭弹性是反映米饭食味的重要指标之一，米饭弹性越大，咀嚼时越有嚼劲。

由表1可得，“甬优15”在15、20 ℃条件下储藏时，硬度随着储藏时间的延长而上升，且在两种条件下，上升幅度相似；在25 ℃条件下储藏时，硬度先是随着储藏时间的延长而快速上升，在储藏180 d后开始下降。弹性随着储藏时间的延长而下降，储藏温度越高，弹性下降的越快，但下降不显著。

表1 储藏过程中硬度、弹性的变化

2.3 蛋白质二级结构的变化

胡瑞省等[14]利用FTIR分析出，随着测量温度的升高，酵母中的蛋白质二级结构中的α-螺旋的含量降低，而β-转角结构、无规卷曲结构和β-折叠结构的含量却有所增加。孙佳悦等[24]运用FT-IR技术研究结果得出，热处理会导致乳蛋白空间结构发生改变、分子内氢键被破坏，热处理后α-螺旋含量降低，β-转角及β-折叠在加热过程呈先增加后减少变化趋势，说明热处理程度增强导致部分有序结构向无规则卷曲结构转化，蛋白质热变性后会发生热聚集现象。

初始样品蛋白质二级结构主要以β-折叠和β-转角为主，经过不同条件的储藏，各个二级结构含量发生变化。

由表2可得，“甬优15”在15 ℃下储藏270 d检测到：储藏期间，α-螺旋结构相对含量虽下降，但不显著，由于维持α-螺旋结构的主要化学作用力是氢键且α-螺旋是最稳定的螺旋结构，说明在储藏期间，α-螺旋结构仍保持稳定状态；在0～180 d时，β-折叠结构相对含量变化不显著，呈稳定状态，但随着储藏时间的延长，270 d时检测到其相对含量显著降低，说明样品在储藏270 d后，其蛋白质的β-折叠结构已发生破坏，呈现不稳定状态；在0～180 d时，无规卷曲结构相对含量变化不显著，同时在储藏180 d时检测到其相对含量最低，因无规卷曲是无序状态，可说明蛋白质二级结构在180 d时呈现稳定状态，但随着储藏时间的延长，270 d时无规卷曲含量显著升高，说明蛋白质趋向一种无序的状态；而β-转角结构的相对含量在0～90 d时变化不显著，180 d时有所提升，分析可能是无规卷曲向β-转角转化，形成稳定状态。

表2 15 ℃下蛋白质二级结构相对含量

由表3可得，“甬优15”在20 ℃下储藏270 d检测到：和15 ℃下变化情况近似，储藏期间，α-螺旋结构相对含量下降但不显著，说明α-螺旋结构仍保持稳定状态；储藏期间，β-折叠结构相对含量逐渐降低，初始值和270 d检测到的结果差异性显著，说明随着储藏时间的延长，蛋白质的β-折叠结构已发生破坏，呈现不稳定状态；储藏期间，无规卷曲结构的相对含量先下降后上升，其状态是先稳定后向无序方向发展，在270 d时，β-转角结构的相对含量显著下降，分析可能是β-转角向无规卷曲结构转化，蛋白质结构趋向无序。

表3 20 ℃下蛋白质二级结构相对含量

由表4可得，“甬优15”在25 ℃下储藏270 d检测到：随着储藏时间的延长，无规卷曲结构的相对含量在缓慢上升，可以说明蛋白质二级结构稳定性降低；储藏270 d时β-折叠结构的相对含量与90 d的相对含量比较是显著下降的，说明在90～180 d期间稳定的β-折叠结构开始被破坏，趋向不稳定状态；同期(90～180 d)β-转角结构的相对含量显著上升，可认为部分β-折叠结构中多肽链通过反转180°形成β-转角；α-螺旋结构的相对含量在180 d时出现显著下降，说明在90～180 d期间稳定的氢键已经发生断裂。

表4 25 ℃下蛋白质二级结构相对含量

2.4 蛋白质二级结构和质构特性等的相关性分析

“甬优15”优质稻的质构特征值、脂肪酸值与蛋白质二级结构的相关系数如表5所示，脂肪酸值与蛋白质二级结构中的β-转角、无规卷曲呈极显著正相关(P<0.01)，与α-螺旋、β-折叠呈显著负相关(P<0.05)；硬度与β-折叠呈极显著负相关(P<0.01)，与β-转角呈极显著正相关(P<0.01)。这表明，硬度、脂肪酸值与蛋白质二级结构变化密切相关。

表5 蛋白质二级结构与质构特性及脂肪酸值的相关系数

3 结论

“甬优15”在储藏过程中，脂肪酸值随着储藏时间的延长而上升，且储藏温度越高，脂肪酸值上升越快；在15、20 ℃条件下储藏270 d后，“甬优15”仍为宜存状态；在25 ℃条件下，储藏270 d后的脂肪酸值即将超出宜存范围。米饭硬度在在15、20 ℃条件下随着储藏时间的延长而上升；在25 ℃条件下，硬度先上升，在储藏180 d后开始下降。蛋白质二级结构中的α-螺旋含量随着储藏期的延长下降不显著、β-折叠含量下降显著、β-转角和无规卷曲的含量显著上升。